[其他]胀楔式岩石锚杆

说明书

胀楔式岩石锚杆属于矿井及其它岩体工程中“地层控制及支护”技术领域。是一种可用于深层支护的机械式高强度岩石锚杆。

目前仍广泛使用的机械式锚杆是胀壳式岩石锚杆。它的头部为胀壳式锚固结构，通常由一个圆锥形螺母（或带楔形尾翼的圆锥螺母）与两瓣或四瓣胀壳组成，各瓣胀壳之间从上端或下端用弹簧板条或一个推进圈连接起来，胀壳式岩石锚杆的杆体为两头或一头带螺纹的圆钢杆件，锚杆的尾部有垫板与螺帽或制成大于杆体直径的固定六角形尾端。

锚杆的性能主要取决于它的锚固结构。目前使用的胀壳式锚固结构中，各瓣胀壳与锥形螺母之间的接触面积小或接触不良，受力与扩张性能不好，锚固力低，受力过程中锚头的滑移量大，故一般只用作承受较低载荷的短锚杆。

本实用新型的目的是为了克服上述胀壳式岩石锚杆的缺点而设计的。

本实用新型－－胀楔式岩石锚杆的头部设计为三叶胀楔式锚固结构，如图（1）所示的上半部分。该结构由圆柱三棱锥台（1）（以下简称锥台）、三块互不牵连、各自独立的楔片（2）、杆体（3）的前端和垫片（4）组成。胀楔式岩石锚杆的尾部采用凹球面垫板（5）与异形螺母（6）配合使用，以保证锚杆对围岩表面有良好的支托性能。杆体的尾端被铣扁，以便安装时旋转杆体之用。胀楔式岩石锚杆的杆体可由分段接杆组成，各段杆件均由螺纹套管连接。分段接杆使锚杆的长度不受工程断面大小的限制，便于在工程的不同位置使用不同长度的锚杆，也便于实现长锚杆的机械化作业安装。

为了适应高强度的技术要求，胀楔式岩石锚杆各连接部件一律采用锯齿形螺纹连接。

三叶胀楔式锚固结构各有关参数与技术性能同它所加固的岩石的性质要满足下列关系式：

0＜tgα＜ (f₂-f₁)/(1+f₁+f₂) …………………………（1）

P≤ (3(f₁+tgα))/(1-f₁tgα) · (S)/(n) ·δ_R……………………（2）

式中：f₁－楔片（2）与锥台（1）接触面间的摩擦系数；

f₂－－楔片（2）与钻孔壁岩石之间的摩擦系数；

α－－锥台（1）与楔片（2）各自的斜面角（度）；

P－－设计要求的锚固力（kg）；

S－－一块楔片与孔壁岩石的有效接触面积（cm²）；

n－－安全系数，取1.5～2；

δ_R－岩石抵抗楔片挤压的最大稳定法向应力（kg／cm²），由实验确定。

算式（1）代表实现正常锚固的必要条件，满足这一条件，楔片与钻孔壁之间不产生轴向的相对移动，锚杆的极限锚固力与安装予紧力无关。

算式（2）用以确定该三叶胀楔式锚固结构所在岩层中保持稳定工作状态可以达到的锚固能力，是实现正常锚固的充分条件。

为了实现正常锚固，需要合适的钻孔直径。实际孔径比锚固结构的最小安装直径大2～3毫米为宜。

胀楔式岩石锚杆有如下的性能特征：

1.用于加固较低强度的岩石，由实验得出锚杆的极限锚固力与岩石材料的单轴抗压强度之间为近似线性关系，如图（2）所示。该线性关系可由下式表示：

Pultm＝180R＋2500…………………………（3）

式中：Pultm－－极限锚固力（kg）；

R－－岩石材料的单轴抗压强度（kg／cm²）。

2.对中等强度岩石，测定单轴抗压强度及保持稳定状态的最大法向应力δ_R，由算式（2）确定该锚杆可以提供稳定工作状态下的最大锚固力Pmax（t）列入表1。